Основные понятия реляционной модели данных. Реляционная модель данных

Реляционная модель данных

Реляционная (от англ. Relation – отношение) модель является наиболее удобной и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы. В отличие от иерархической и сетевой моделей, такой способ представления:

1. Понятен пользователю-непрограммисту;

2. Позволяет легко изменять схему, присоединять новые элементы данных и записи без изменения соответствующих подсхем;

3. Обеспечивает необходимую гибкость при обработке непредвиденных запросов.

К тому же любая сетевая и иерархическая модель может быть представлена двумерными отношениями.

Одним из основных преимуществ реляционной модели является её однородность. Все данные рассматриваются как хранимые в таблицах, в которых каждая строка имеет один и тот же формат. Каждая строка в таблице представляет один объект реального мира или соотношение между объектами. Пользователь модели должен сам для себя решить вопрос, обладают ли соответствующие сущности реального мира однородностью. Этим самым решается проблема пригодности модели для предполагаемого применения.

Основными понятиями, с помощью которых определяется реляционная модель, являются следующие: отношение, домен, кортеж, кардинальность, атрибуты, степень, первичный ключ. Соотношение этих понятий иллюстрируется на рис.1

Рис.1. Основные понятия реляционной модели.

Эти понятия представляют специальную терминологию, введенную авторами теоретических основ, однако они имеют и более привычные аналоги (но не во всем эквиваленты), приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Отношение	Таблица
Схема отношения	Строка заголовков таблицы
Домен	Множество допустимых значений
Кортеж	Строка таблицы
Кардинальность	Количество строк в таблице
Атрибут	Поле, столбец таблицы
Степень отношения	Количество полей (столбцов)
Первичный ключ	Уникальный идентификатор

Отношение – двумерная таблица, для которой выполняются следующие требования:

- Данные в ячейках должны быть структурно неделимыми (простыми);

- Данные в одном столбце должны быть одного типа;

- Каждый столбец должен быть уникальным (недопустимо дублирование столбцов);

- Каждая строка должна быть уникальна;

- Столбцы размещаются в произвольном порядке;

- Строки размещаются в таблице также в произвольном порядке;

- Столбцы имеют уникальные наименования.

Домен – это совокупность значений, из которых берутся значения соответствующих атрибутов определенного отношения. С точки зрения программирования, домен – это тип данных, определяемый системой или пользователем.

Первичный ключ – это столбец или некоторое подмножество столбцов, которое уникально, т.е. единственным образом определяют строки. Первичный ключ, который включает более одного столбца, называется составным. Правило целостности объектов утверждает, что первичный ключ не может быть полностью или частично пустым, т.е. иметь значение null.

Остальные ключи, которые можно также использовать в качестве первичных, называются потенциальными или альтернативными ключами.

Внешний ключ – это столбец или подмножество одной таблицы, который может служить в качестве первичного ключа для другой таблицы. Внешний ключ является ссылкой на первичный ключ другой таблицы. Внешние ключи являются неотъемлемой частью реляционной модели, поскольку реализуют связи между таблицами базы данных.

Если таблица связана с несколькими другими таблицами, она может иметь несколько внешних ключей.

В целом концепция реляционной модели определяется следующими двенадцатью правилами Кодда:

1. Правило информации. Вся информация в базе данных должна быть предоставлена исключительно на логическом уровне и только одним способом – в виде значений, содержащихся в таблице.

2. Правило гарантированного доступа. Логический доступ ко всем и каждому элементу данных (атомарному значению) в реляционной базе данных должен обеспечиваться путем использования комбинации имени таблицы, первичного ключа и имени столбца.

3. Правило поддержки недействительных значений. В реляционной базе данных должна быть реализована поддержка недействительных значений, которые отличаются от строки символов нулевой длины, строки пробельных символов, от нуля или любого другого числа и используются для представления отсутствующих данных независимо от этого типа данных.

4. Правило динамического каталога, основанного на реляционной модели. Описание базы данных на логическом уровне должно быть представлено в том же виде, что и основные данные, чтобы пользователи, обладающие соответствующими правами, могли работать с ними с помощью того же реляционного языка, который они применяют для работы с основными данными.

5. Правило исчерпывающего подъязыка данных. Реляционная система может поддерживать различные языки и режимы взаимодействия с пользователем (например, режим вопросов и ответов). Однако должен существовать, по крайней мере, один язык, операторы которого можно представить в виде строк символов в соответствии с некоторым четко определенным синтаксисом и который в полной мере поддерживает следующие элементы:

- Определение данных;

- Определение представлений;

- Обработку данных (интерактивную и программную);

- Условия целостности;

- Идентификацию прав доступа;

- Границы транзакций (начало, завершение и отмена).

6. Правило обновления представлений. Все представления, которые теоретически можно обновить, должны быть доступны для обновления.

7. Правило добавления, обновления и удаления. Возможность работать с отношением как с одним операндом должна существовать не только при чтении данных, но и при добавлении, обновлении и удалении.

8. Правило независимости физических данных. Прикладные программы и утилиты для работы с данными должны на логическом уровне оставаться нетронутыми при любых изменениях способов хранения данных или методов доступа к ним.

9. Правило независимости логических данных. Прикладные программы и утилиты для работы с данными должны на логическом уровне оставаться нетронутыми при внесении в базовые таблицы любых изменений, которые теоретически позволяют сохранить нетронутыми содержащиеся в этих таблицах данные.

10. Правило независимости условий целостности. Должна существовать возможность определять условия целостности, специфические для конкретной реляционной базы данных, на подъязыке реляционной базы данных и хранить их в каталоге, а не в прикладной программе.

11. Правило независимости распространения. Реляционная СУБД не должна зависеть от потребностей конкретного клиента.

12. Правило единственности. Если в реляционной системе есть низкоуровневый язык (обрабатывающий одну запись за один раз), то должна отсутствовать возможность использования его для того, чтобы обойти правила и условия целостности, выраженные на реляционном языке высокого уровня (обрабатывающем несколько записей за один раз).